JP2020185693A

JP2020185693A - 射出成形品及びその成形方法

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Publication number: JP2020185693A
Application number: JP2019090408A
Authority: JP
Inventors: 塩崎　竜二; Ryuji Shiozaki; 竜二塩崎
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2039-05-13
Also published as: JP7218990B2

Abstract

【課題】ウェルドラインを有する射出成形品において、ウェルドライン形成領域の機械的強度に優れた射出成形品及びその成形方法を提供する。【解決手段】ウェルドライン２０を有する射出成形品１０において、ウェルドライン２０は、延在方向Ｙと交差する方向Ｘに凸となるように曲がった少なくとも１つの突状ライン部２２を有し、突状ライン部２２の延在方向Ｙのウェルドライン間の幅寸法Ｗは、基部２２ａよりも先端２２ｂ側の領域で最も大きくなっている。【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形品及びその成形方法に関し、特にウェルドラインを有する射出成形品及びその成形方法に関する。

射出成形において、成形型内を流れる溶融樹脂が合流する部位にはウェルド部（以下、ウェルドラインとも称する）が形成される。ウェルドラインでは、他の領域と比べて樹脂の密着性が低くなって機械的強度が低下する。特に、直線状に形成されるウェルドラインに対し、これと直交する方向への引張力が作用した場合には、射出成形品の表面のウェルドライン上に形成されるＶ溝に応力が集中する等により、変形や割れ等が生じやすいという問題がある。

一般に、射出成形品において応力が集中する領域には、ウェルドラインを作らないことが肝要とされているが、製品形状によっては、ウェルドラインの形成を回避することが困難な場合がある。

それ故、ウェルドラインが形成される領域の機械的強度を向上させる技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、図１０に示すように、射出成形品１１０に形成されるウェルドライン１２０を直線状ではなく波状に形成する技術が記載されている。

図１１は、図１０に示す従来の射出成形品１１０を成形する射出成形用金型１３０の概略図である。金型１３０は、キャビティ１３４と、キャビティ１３４内に樹脂を射出するゲート１３２と、金型１３０のキャビティ形成面と連続する円形面を有する回転ピン１３９とを有する。回転ピン１３９は、図１１において破線で示すように、通常、直線状のウェルドライン１３１が生じる溶融樹脂の合流位置に設けられ、図示していないアクチュエータによって中心軸まわりに回転可能に構成されている（図１１の白抜き矢印を参照）。

この射出成形装置１５０では、回転ピン１３９を回転させた状態で、ゲート１３２からキャビティ１３４内に溶融樹脂を射出する。注入された樹脂は、図１１の黒矢印で示すように、キャビティ１３４の形状に沿って２つに分かれて流動し、回転ピン１３９の設置位置で合流するとともに、回転ピン１３９の回転力を受けて合流するそれぞれの溶融樹脂の流速が変化することにより、湾曲したウェルドライン１２０が形成される。回転ピン１５６は、その設置領域で溶融樹脂がほぼ完全に充填されると、その圧力によって回転が停止する。

このようにして完成した射出成形品１１０では、図１０に示すように、ウェルドライン１２０が、ウェルドライン１２０の延在方向Ｙ（すなわち、回転ピン１３９による回転力を付与しない場合に、直線状のウェルドライン１３１が延びる方向）と直交する方向Ｘに凹凸を有する波形状に形成される。この波形状部の延在方向Ｙにおける隣り合うウェルドライン１２０間の幅寸法は、基部１２２ａ側の幅寸法Ｗ_１が最も大きく、先端１２２ｂ側に向かって次第に小さくなっている。

特開２００２−８６５０６号公報

特許文献１に記載の射出成形品では、ウェルドラインを波形状にするとで、直線状のものに比べて、ウェルドラインを形成している樹脂同士の接合面積を大きくすることができる。これにより、ウェルドラインにおける接合強度が高まり、ウェルドライン形成領域の機械的強度を高めることができる。

しかしながら、ウェルドライン形成領域において特に強度低下が懸念されている、ウェルドラインの延在方向に対して直交する方向への引張応力に対する耐力については、未だ十分とは言えず、更なる強度向上が求められていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ウェルドラインを有する射出成形品において、ウェルドライン形成領域の機械的強度に優れた射出成形品及びその成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る射出成形品は、ウェルドラインを有する射出成形品において、前記ウェルドラインは、該ウェルドラインの延在方向と交差する方向に凸となるように曲がった少なくとも１つの突状ライン部を有し、前記突状ライン部の前記延在方向のウェルドライン間の幅寸法は、基部よりも先端側の領域で最も大きくなっていることを特徴とする。

この構成によれば、ウェルドラインが、ウェルドラインの延在方向に交差する方向へ凸となるように曲がった突状ライン部を有しているので、ウェルドラインを形成している樹脂同士の接合強度を高めることができる。また、この突状ライン部は、ウェルドラインの延在方向におけるウェルドライン間の幅寸法が、基部よりも先端側の領域で最も大きくなっているので、ウェルドラインの延在方向と直交する方向へ引張力が作用した際に、この最大幅寸法の領域がアンカー効果を発揮して、引張応力に対する耐力が向上する。これらにより、ウェルドライン形成領域の機械的強度に優れた射出成形品とすることができる。

また、本発明に係る射出成形品は、上述した射出成形品において、前記突状ライン部は、前記延在方向に複数並んで形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、複数の突状ライン部によって、ウェルドラインを形成している樹脂同士の接合強度及び引張応力が作用した際の突状ライン部によるアンカー効果をより高めることができる。

また、本発明に係る射出成形品は、上述した射出成形品において、前記突状ライン部は、前記基部から前記先端側に向かって前記幅寸法が大きくなるテーパ状に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、突状ライン部によるアンカー効果を高めて、引張応力に対する耐力をより向上させることができる。

また、本発明に係る射出成形品は、上述した射出成形品において、前記突状ライン部を形成する前記ウェルドラインは曲線状であることを特徴とする。

この構成によれば、ウェルドラインを形成している樹脂同士の接合面積を大きくしてウェルドラインにおける接合強度を高めることができる。

また、本発明に係る射出成形品の成形方法は、上述した射出成形品の成形方法であって、射出成型用の金型を開いた状態で、該金型のキャビティ形成部であってキャビティ内に射出される溶融樹脂が合流する領域に、該樹脂と同じ又はそれと近い融点を有する熱可塑性樹で形成され、前記突状ライン部と略同一の曲がり形状の壁部を有するとともに、前記キャビティ内の流路を仕切ることが可能な仕切部材を設置する工程と、型締めした前記金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出する工程と、前記仕切部材の設置位置で合流する前記溶融樹脂によって該仕切部材を融解する工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、射出成形において、射出成型用の金型を開いた状態で、溶融樹脂が合流する領域、すなわちウェルドラインが形成される領域に、突状ライン部と略同一の曲がり形状の壁部を有する仕切部材を設置し、この状態で型締めをして、溶融樹脂を射出することで、仕切部材の形状に沿った溶融樹脂の合流面が形成される。また、仕切部材は、射出された溶融樹脂と同じ又はそれと近い融点を有する熱可塑性樹脂で形成されているので、この溶融樹脂が接触すると融解して溶融樹脂同士が接合する。これにより、仕切部材の形状に沿った樹脂の接合面、すなわち突状ライン部を有するウェルドラインを形成することができる。

本発明に係る射出成形品及びその成形方法によれば、射出成形品においてウェルドライン形成領域の機械的強度を向上することができる。

本発明の第１の実施形態である射出成形品のウェルドラインが形成された部分の斜視図。射出成形用金型の概略図。仕切部材の斜視図。射出成型用金型の要部断面図。射出成形品の製造工程を説明する図。射出成形品の製造工程を説明する図。射出成型用金型の変形例を示す要部拡大断面図である。第２の実施形態の射出成形品のウェルドラインが形成された部位の斜視図。射出成形品のさらに別の実施形態を示す斜視図。従来の射出成形品のウェルドラインが形成された部分の斜視図。従来の射出成形用金型の概略図。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図６を用いて本発明の第１の実施形態の射出成形品１０について説明する。射出成形品１０は、樹脂の射出成形により成形されたものであり、射出成形時に溶融樹脂が合流する部位に形成されるウェルドライン２０を有する。

図１は、射出成形品１０のウェルドライン２０が形成された部分の斜視図である。ウェルドライン２０は、ウェルドライン２０の延在方向Ｙ（ウェルドライン２０の一端２０ａから他端２０ｂへ向かう方向）と交差する方向に凸となるように曲がった突状ライン部２２を有する。図示例の突状ライン部２２は、延在方向Ｙと直交する方向Ｘ（以下、単に直交方向Ｘとも称する）に略台形状に凸となるように曲がって形成されている。また、このウェルドライン２０では、複数の突状ライン部２２−１，２２−２，２２−３，２２−４，２２−５が延在方向Ｙに並んで形成されている。なお、本実施形態において、ウェルドライン２０の延在方向Ｙと直交方向Ｘとは、板状の射出成形品１０の厚さ方向と直交する方向となっている。

１つの突状ライン部２２は、基部２２ａ（直交方向Ｘに開口している側）から、突状の先端２２ｂ側に向かって延在方向Ｙの幅寸法Ｗが大きくなるようにテーパ状に延びる第１側辺部２３ａ及び第２側辺部２３ｂと、第１及び第２側辺ライン部２３ａ，２３ｂの先端を繋ぐ頂辺部２３ｃとを有している。頂辺部２３ｃは延在方向Ｙとほぼ平行に延びている。突状ライン部２２は、頂辺部２３ｃで幅寸法Ｗが最も大きくなっている。

本実施形態のウェルドライン２０では、凸となる方向が互い違いになるように５つの突状ライン部２２−１〜２２−５が並んで形成されており、さらに、隣り合う突状ライン部２２の側辺部が一致している。具体的には、直交方向Ｘの一方側（図１の右側）に凸となる突状ライン部２２−２の第１及び第２側辺部２３ａ，２３ｂのそれぞれは、これと隣り合って直交方向Ｘの他方側（図１の左側）に凸となる、突状ライン部２２−１の第１側辺部２３ａ及び突状ライン部２２−３の第２側辺部２３ｂのそれぞれと側辺部を共有している。なお、突状ライン部２２の数は５つに限られず、１つ以上であればよい。

この射出成形品１０では、ウェルドライン２０が突状ライン部２２を有することにより、ウェルドライン２０を形成している樹脂同士の接合面積を大きくして、接合強度を高めることができる。

また、突状ライン部２２では、延在方向Ｙにおけるウェルドライン間の幅寸法Ｗが、基部２２ａよりも先端２２ｂ側の領域で最も大きくなっているので、ウェルドライン２０の形成領域において、直交方向Ｘに引張力が作用した際に、幅寸法Ｗが大きい先端２２ｂ側の領域が、これよりも幅寸法Ｗの小さい基部２２ａの奥に食い込んで突っ掛かる状態となり、引張力に対する耐力を発揮する（いわゆるアンカー効果）。これにより、ウェルドラインの延在方向に対して直交する方向への引張応力に対する耐力を向上させて、ウェルドライン形成領域の機械的強度を高めることができる。また、このような突状ライン部２２を複数有することで、アンカー効果をより高めて機械的強度を向上させることができる。

また、各突状ライン部２２は、直交方向Ｘの引張力が作用した際に、テーパ状に延びる第１側辺部２３ａ及び第２側辺部２３ｂのそれぞれが耐力を発揮するので、高いアンカー効果を得ることができる。

次に、上述した射出成形品１０の成形方法について説明する。図２は、射出成形品１０を成形する射出成形用金型３０の概略図である。

金型３０は、固定側金型と、固定側金型に対して接近・離間可能な可動側金型を有する。図２では、固定側金型の断面を記載しており、可動側金型の記載を省略している。金型３０は、溶融樹脂が射出されるゲート３２と、ゲート３２と連通されたキャビティ３４とを有する。なお、図２の矢印は、ゲート３２から射出された溶融樹脂が流れる方向を示している。

金型３０のキャビティ３４内には、射出成形を行う際に、熱可塑性樹脂で形成された仕切部材５０が設置される。仕切部材５０は、金型３０を型開きした状態で、金型３０のキャビティ形成部に取付けられるものである。

図３は仕切部材５０の斜視図である。仕切部材５０は、キャビティ３４内の流路を仕切ることが可能な壁状に形成されており、ウェルドライン２０の突状ライン部２２と略同一の曲がり形状の壁部を有している。

本実施形態の仕切部材５０は、ウェルドライン２０と略同一形状の壁状に形成されており、ウェルドライン２０の複数の突状ライン部２２−１〜２２−５に対応する複数の突状壁部５２−１〜５２−５を有している。具体的には、１つの突状壁部５２は、第１側辺部２３ａ、第２側辺部２３ｂ及び頂辺部２３ｃのそれぞれに対応する第１側辺壁部５３ａ、第２側辺壁部５３ｂ及び頂辺壁部５３ｃを有している。

次に、上述した金型３０及び仕切部材５０を用いた射出成形品１０の成形方法について説明する。

まず、金型３０を型開きした状態で、金型３０のキャビティ形成部３６に仕切部材５０を設置する（仕切部材設置工程）。仕切部材５０は、ウェルドラインが形成される領域（すなわち、射出された溶融樹脂が合流する領域）に設置される。本実施形態では、図４に示すように、金型３０のキャビティ形成部３６に形成された溝部３８ａ，３８ｂに仕切部材５０の両端部５０ａ，５０ｂを嵌め込んで設置している。

仕切部材５０を設置した後、金型を型締めし、ゲート３２からキャビティ３４内に溶融樹脂を射出する（溶融樹脂射出工程）。射出された溶融樹脂は、図２において矢印で示すように、金型３０のキャビティ３４の形状に沿って分流し、仕切部材５０が設置された領域まで流れる。

図５に示すように、分流された溶融樹脂１８は、仕切部材５０の設置位置で合流するように流れ込み、この溶融樹脂１８によって仕切部材５０の周囲が充填される。仕切部材５０は、その周面に接触した溶融樹脂１８の熱によって融解して壁部が消滅し、これによって、仕切られていた溶融樹脂１８が合流・接合され、図６に示すように、仕切部材５０の形状に沿ったウェルドライン２０が形成される（ウェルドライン形成工程）。

次に、金型３０内で成形品を冷却し、成形品が硬化した後に金型３０を型開きして射出成形品１０を取り出す。なお、溝部３８ａ，３８ｂにより生じたバリは、金型３０から取り出した後に除去される。

なお、図６に示すように、本実施形態の射出成形品１０のウェルドライン２０の延在方向Ｙは、金型３０内に仕切部材５０を設置せずに射出成形を行った場合に、合流した溶融樹脂によって形成される直線状のウェルドライン２９が延びる方向とほぼ一致している。

上述したように、本実施形態の成形方法では、金型３０を開いた状態で、溶融樹脂が合流する領域に仕切部材５０を設置し、この状態で金型３０を型締めして溶融樹脂を射出することで、仕切部材５０の形状に沿ったウェルドライン２０を容易に形成することができる。なお、仕切部材５０は、固定側金型に代えて、可動側金型に設置される構成であってもよい。

次に、射出成型用金型３０の変形例を説明する。図７は、射出成型用金型３０の変形例を示す要部拡大断面図である。

この金型３０では、溝部３８ａ，３８ｂに代えて、金型３０に設けられた位置決め機構によって、仕切部材５０をキャビティ３４内に固定している。この位置決め機構は、金型３０のキャビティ形成面に形成された穴部３９内に挿入されたピン保持部材４２と、ピン保持部材４２の先端に取り付けられたピン部材４０とを有する。ピン保持部材４２は、図示していない移動機構によって穴部３９内を移動し、これにより、ピン部材４０は、図７（ａ）に示すようにキャビティ３４内に突出した突出位置と、図７（ｂ）に示すようにキャビティ３４外に退避する退避位置とに移動可能となっている。なお、穴部３９のキャビティ３４側の開口部は、ピン部材４０が貫通可能な貫通孔を有する蓋部材４６で塞がれている。このようなピン部材４０を有する位置決め機構は、必要に応じて、金型３０に複数箇所設けることができる。

変形例の金型３０では、金型３０を開いた後、突出位置にあるピン部材４０によって仕切部材５０を固定する。図７（ａ）では、仕切部材５０の一方の端部５０ｂに形成された穴にピン部材４０を差し込んで、端部５０ｂの位置を固定した状態を示している。なお、仕切部材５０の他方の端部５０ａも同様に、ピン部材４０によって固定される。

その後、金型３０を型締めし、溶融樹脂１８をキャビティ内３４に射出する。溶融樹脂１８が仕切部材５０の設置位置まで流入した後、ピン部材４０を退避位置（図６（ｂ）参照）に移動させ、溶融樹脂１８によって仕切部材５０を融解する。これにより、図６（ｂ）に示すように、射出成形品１０に仕切部材５０の形状に沿ったウェルドライン２０を形成する。

なお、図７（ａ）では、ピン部材４０を仕切部材５０に形成された穴に差し込んで固定する例を示したが、これに限らず、複数のピン部材４０によって仕切部材５０の周面を支えることにより、仕切部材５０の位置を固定してもよい。

また、突状ライン部２２を有する射出成型品１０を成形するさらに別の例として、仕切部材５０を溶融樹脂１８によって融解しない金属材料で構成し、溶融樹脂１８がその周囲を充填した際に、仕切部材５０ごとキャビティ３４外に退避させる構成とすることができる。

（第２の実施形態）
次に、図８を用いて射出成形品１０の第２実施形態を説明する。なお、図８において、上述した第１の実施形態と同様の要素には、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この射出成形品１０では、ウェルドライン２０が曲線状に形成されている。具体的には、ウェルドライン２０が複数の突状ライン部２２−１〜２２−５を有し、各突状ライン部２２は、曲線状の第１側辺部２３ａ及び第２側辺部２３ｂと、これらの先端を繋ぐ曲線状の頂辺部２３ｃとを有する。

各突状ライン部２２において、延在方向Ｙのウェルドライン２０間の幅寸法Ｗは、基部２２ａよりも先端２２ｂ側の領域でもっとも大きくなるように形成されている。図８では、基部２２ａの幅寸法Ｗ_１に対し、これよりも先端２２ｂ側の領域で最大幅寸法Ｗ_２となっている。

射出成形において、このような曲線状のウェルドライン２０を形成する場合には、金型３０内に、このウェルドライン２０と略同一形状の壁部、すなわち、曲線状の突状ライン部２２−１〜２２−５と略同一形状の曲状の突状壁部を有する仕切部材を設置し、その後、型締めして溶融樹脂１８を射出し、この溶融樹脂１８によって熱可塑性樹脂からなる仕切部材を融解することで、容易に形成することができる。また、仕切部材の壁部を湾曲状とすることで、射出された溶融樹脂１８を仕切部材の周囲に隙間なく充填しやすくすることができる。

第２の実施形態の射出成形品１０では、突状ライン部２２を曲線状に形成することで、突状ライン部２２が直線で構成されているものよりも接合面積を大きくしてウェルドライン２０における接合強度を高めることができる。また、ウェルドライン２０の形成領域において、直交方向Ｘに引張力が作用した際に、先端２２ｂ側にある最大幅寸法Ｗ_２の領域がアンカー効果を奏し、引張応力に対する耐力が高いものとなる。これにより、ウェルドライン２０の機械的強度を向上させることができる。

次に、図９（ａ）（ｂ）を用いて、射出成形品１０のさらに他の実施形態について説明する。なお、図９（ａ）（ｂ）において、上述した第１の実施形態と同様の要素には、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図９（ａ）に示す実施形態では、射出成形品１０の円筒状の領域に、複数の突状ライン部２２を有するウェルドライン２０が形成されている。各突状ライン部２２−１〜２２−５は、基部２２ａの幅寸法Ｗ_１よりも先端２２ｂ側の幅寸法Ｗ_２が大きくなっている。このように、射出成形品１０においてウェルドライン２０が形成される領域は湾曲した板状の部分であってもよい。なお、突状ライン部２２は少なくとも１つ形成されていればよい。

図９（ｂ）に示す別の実施形態では、射出成形品１０の円筒状の領域にウェルドライン２０が形成されており、ウェルドライン２０は、略ハート状に曲がった複数の突状ライン部２２−１〜２２−５を有する。各突状ライン部２２−１〜２２−５は、基部２２ａの幅寸法Ｗ_１よりも先端２２ｂ側の幅寸法Ｗ_２が大きくなっている。なお、突状ライン部２２は少なくとも１つ形成されていればよい。

図９（ａ）（ｂ）のそれぞれに示す射出成形品１０では、ウェルドライン２０の延在方向Ｙと直交する方向（すなわち、円筒状の射出成形品１０の周方向）に引張力が作用した際に、突状ライン部２２の先端側の領域がアンカー効果を発揮することにより、引張応力に対する耐力を向上させることができる。

なお、図９（ａ）（ｂ）のそれぞれに示す射出成形品１０の成形方法は、いずれも、射出成型用の金型と、仕切部材との形状を変更することで、第１の実施形態の成形方法と同様の方法、すなわち、金型内にそれぞれの射出成形品１０のウェルドライン２０の形状と略同一形状の壁部を有する仕切部材を設置し、この状態で金型を型締めして溶融樹脂を射出し、充填された溶融樹脂によって仕切部材を融解させることにより、成形することができる。図９（ｂ）の射出成形品１０を成形する場合、破線矢印で示すように、ハート状に湾曲した仕切部材の壁部に沿って溶融樹脂を充填させやすくすることができる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、射出成形品１０は、その内部に強化繊維を含む繊維強化樹脂射出成形品であってもよい。かかる場合、射出成型用の金型のキャビティ内に、ガラス繊維や炭素繊維等の短繊維からなる強化繊維を配置するとともに、キャビティ内のウェルドラインが形成される領域に、強化繊維の合間を縫うようにウェルドラインを形成するための仕切部材を設置する。その後、金型を型締めして、キャビティ内に溶融樹脂を射出し、この溶融樹脂によって仕切部材を融解する。

１０射出成形品
２０ウェルドライン
２２突状ライン部
３０射出成型用金型
５０仕切部材
５２突状壁部

Claims

ウェルドラインを有する射出成形品において、
前記ウェルドラインは、該ウェルドラインの延在方向と直交する方向に凸となるように曲がった少なくとも１つの突状ライン部を有し、
前記突状ライン部の前記延在方向のウェルドライン間の幅寸法は、基部よりも先端側の領域で最も大きくなっていることを特徴とする射出成形品。
前記突状ライン部は、前記延在方向に複数並んで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形品。
前記突状ライン部は、前記基部から前記先端側に向かって前記幅寸法が大きくなるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形品。
前記突状ライン部を形成する前記ウェルドラインは曲線状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形品。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形品を形成する射出成形品の成形方法であって、
射出成型用の金型を開いた状態で、該金型のキャビティ形成部であってキャビティ内に射出される溶融樹脂が合流する領域に、該樹脂と同じ又はそれと近い融点を有する熱可塑性樹で形成され、前記突状ライン部と略同一の曲がり形状の壁部を有し、且つ前記キャビティ内の流路を仕切ることが可能な仕切部材を設置する工程と、
型締めした前記金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出する工程と、
前記仕切部材の設置位置で合流する前記溶融樹脂によって該仕切部材を融解する工程と、を含むことを特徴とする射出成形品の成形方法。